Donor‐Interacting Arylated Carbazole Self‐Assembled Monolayer Enables Highly Efficient and Stable Organic Photovoltaics

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作者
Yiwen Wang,Wenlin Jiang,Le Mei,Xiankai Chen,Min Sun,Chieh‐Ting Lin,Rui Zhang,Gengxin Du,Weiming Qiu,Xi Yang,Qunping Fan,Hin‐Lap Yip,Francis Lin,Alex K.‐Y. Jen
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202403233
摘要

Carbazole-derived self-assembled monolayers (SAMs) are promising materials for hole-extraction layer (HEL) in conventional organic photovoltaics (OPVs). Here, a SAM Cbz-2Ph derived from 3,6-diphenylcarbazole is demonstrated. The large molecular dipole moment of Cbz-2Ph allows the modulation of electrode work function to facilitate hole extraction and maximize photovoltage, thus improving the OPV performance. Additionally, the flanking aryls of Cbz-2Ph help establish CH-π interactions for forming a dense and well-organized SAM HEL and exhibit stronger van der Waals interactions with the donor PM6 than acceptor BTP-eC9. The stronger SAM-donor interactions modulate the PM6 distribution in PM6:BTP-eC9 bulk-heterojunction film, leading to PM6 enrichment near HEL to facilitate efficient hole extraction to the ITO anode in conventional p-i-n OPVs. Consequently, binary PM6:BTP-eC9-based devices incorporating the Cbz-2Ph HEL demonstrate an impressive efficiency of 19.18%. These cells also showcase excellent operational stability, with a T80 lifetime of ≈1260 h at the maximum power point, over 10 times longer than those using the traditional PEDOT:PSS HEL (T80 ≈96 h). Furthermore, the universal applicability of Cbz-2Ph as a HEL is evident through its successful implementation in PM6:BTP-eC9:L8-BO-F-based ternary devices and PM6:BTP-eC9-based printed OPV devices, achieving a PCE of 19.30% and 16.96%, respectively.
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